[摘 要] 本文介绍用PCC 可编程计算机控制器及计算机工作站组成的苇湖梁热网调度监
控系统,对整个热网根据室外温度分段调度热源厂的出口温度和循环流量,采用综合函数F 和
Smart - PID 对热换站进行二次水温及循环流量控制,实现二次网供热量控制。
[关键词] 热网;PCC 可编程计算机控制器;调度监控系统;分段调度;F 函数;Smart - PID
苇湖梁发电厂为我国第一个五年计划期间苏联援建的中温中压发电厂, 1994 年改建为热电厂。2000 年扩建供热网,总计划建设43 个热力站,一期共建设13 个热力站,供热网热源由电厂及调峰锅炉共同承担完成,采用由PCC 可编程计算机控制系统及HP 工作站组成SCADA 计算机调度监控系统。
1 微机监控调度系统的组成
苇湖梁热网微机监视调度系统如图1 -1 所示,由SCC 监控中心及43 个LCM热力站本地控制站组成。SCC 包括HP 网络服务器、操作员站、工程师站、通讯前端机,用以太网构成局域网。各热力站采用奥地利B&R PCC 可编程计算机控制器进行就地控制,通过市公用电话网络构成地域分散的局域网。
设计系统时充分考虑了开放性(采用标准化总线、实时多任务系统及高级语言) 、易扩展性(硬、软件模块化结构) 、易维护性(带电插拔硬件、在线更新调试程序) 。
图1 -1 苇湖梁热网监控系统图
2 微机监控系统的功能
2.1 分控中心SCC
SCC 监控中心依据各热力站的压差及温度信号,控制主循环泵;并依据室外温度的高低对各热力站的换热器进行温度设定,从而保证热力网用户的室内温度达到规定要求。SCC 的计算机网络基于"客户机---服务器"的结构,服务器连续运行,主要完成数据接收、处理及指令发布工作,并及时响应来自客户机的服务请求。
监控中心工作站用于数据管理、存储和计算,并对计算机系统进行管理。操作员站用于监视和管理整个热网系统,为操作员提供人机界面。工程师站主要用于系统的仿真,工况计算,控制参数的计算,故障分析和诊断及管道的堵、漏分析,并将分析和计算结果报告给操作员站,提示操作员进行正确的操作和判断。投影仪用于显示运行参数和画面,使热网工艺流程和参数显示更加直观。
在使用微机监控调度系统后,各热换站实现无人执守,监控中心设有专人24 小时值班,监视各热力站的运行状况,监控中心通过调制解调器(MODEM) 与各热力站进行数据交换,及时收集各热力站的运行数据,并对数据进行存储、分析、打印等,监控中心根据运行工矿进行优化调度。在一段时间内,当主热源不能满足用户需求的情况下,由监控中心分配各热力站所需热量并确定运行方式,平衡全网供热需求,保证区域内供热系统的安全、合理、经济地运行,操作站是人机对话的关键环节,它以其高可靠的硬件及优良的软件为优化过程操作和避免误操作提供了可能。
具体实现下列功能:
* 数据采集:按照操作员指定或系统默认巡检方式,对各监测点进行数据采集。
* 系统组态:对系统中LCM的测控参数的种类、数量、参数名称、限值等内容进行设置。
* 显示:系统总体显示、主要测点参数动态显示、指定测点详细工艺流程及状态参数显示。
* 打印: 各站指定或全部参数的日、月、年及一时间段报表,系统运行状况表。
* 数据管理:各种数据按种类存入各数据库,对数据进行查询、检索、统计、制表和绘图。
* 报警及故障处理:对报警信号显示、标示、打印、参数超限时,记录于数据库。
* 数据通讯:发送数据及发送控制指令、接收数据及接受控制指令、纠错、检错。
2.2 就地监控站LCM
由可编程控制器PCC 构成的LCM 就地监控站如图2-1 所示,它负责独立完成该供热小区运行参数的采集、监测及自动控制,通过自动调节来满足该小区供热需求,同时接受SCC 指令,向上传送有关数据,在正常运行状态下,各热力站自成系统,即使监控中心或通讯发生故障,各热力站的PCC 仍可正常运行,并按照SCC 站预设的参数进行自动调节,当主热源不足时,SCC 向各热力站发出限
制热量的比例参数,各热力站通过该参数自动调节,从而达到整个管网的热力平衡,当室外温度小于-10 ℃时,主热源严重不足的情况下,入户水温已不能达到设计要求,此时监控中心将通知启动调峰锅炉联网运行。具体完成以下控制:
* 一次水进/ 出口监控:差压控制、流量控制、回水温度限制、能量计量、监测显示及超限报警。
* 采暖系统监控:
根据计算的设定点完成温度控制。
其中； tn -室内设计温度； t′g -二次供水温度给定计算值；tg -设计二次供水温度； th -设计二次回水温；t′h -二次回水温度给定计算值； th -设计二次回水温度；tw -冬季室外计算温度； t′w -冬季室外平均温度; B -放散系数。
---根据固定的温度设定完成温度控制。
---根据供、回水温度曲线完成温度控制。
---完成控制参数的设定计算,完成固定的设定点,完成曲线方式设置设定点。
---采暖二次系统变频调速调压控制。
---监测显示一次回水温度,二次供水温度,二次回水温度,采暖系统循环泵吸入压力,变频泵状态(起/ 停,泵速,故障报警) 。
图2 -1 就地监控站LCM图
2.3 通讯机管理SCC 和LCM的有线通讯
中央监控室配置B&R2005 可编程计算机控制器,具备高速以一个以太网接口和3 个RS232 接口作为前端通讯机。前端通讯机挂接在中央监控室的局域网上,通过以太网与网络服务器及监控中心的其它设备交换信息,3 个RS232 接口配备3 个调制解调器,分别3 路连接市话网络。各就地控制站LCM配备2 个RS232 接口,其中一路通过调制解调器接市话网络。前端通讯机对系统全部就地控制站分3 组进行轮询,发送操作员站和工程师站的命令,接收各站的运行参数。必要时,各就地控制站LCM也可以向前端通讯机发送通讯请求,传送信息。
3 微机监控系统的方案实施
目前国外流行的是根据二次网的供水温度调节一次网流量,进而控制二次网供热量。然而二次网的供热量主要与循环流量和二次供水温度相关,是两参量的调控系统。
3.1 热网调度控制方案:
采用电厂出口温度分段调度控制方案。一次管网采用不同温度下的流量调节,调度控制考虑3 个条件:电厂循环泵最大调节能力,保证热力公司提供的管网最不利点的最小压差,管网允许的最大供水压力和回水压力。电厂出口处的工况为一路DN900的供水及回水管线,输送介质为热水,供水最高温度为130 ℃, 工作压力为2.5 MPa , 回水最高温度为70 ℃。SCC 监控中心接收LCM 的工况信息,协调中央控制系统,调节电厂出口温度和回水温度。
3.2 热换站控制方案:
室外温度采集及计算暂按12 小时滚动平均值和室外温度预测编制软件, 二次水温度给定按
100 %的定流量的质调节和分段改变流量的质调节两种方法调节,并可切换使用。
* 一次水的调节
热力站基于对一次水的流量控制,调节二次水的水温,热力站一次入口处安装自力式差压调节阀PCV001 ,控制热力站的入口差压,以保证热力站各一次分支系统的稳定运行。
同样,热力站基于对一次水的流量控制,调节二次水的水温。在一次水出口安装自力式流量限制FCV001 ,使热力站的流量运行在规定的范围内,以提高整个管网平稳运行。特别是对管网近端用户的流量限制,使后端热用户流量得到提高。
自力式流量限制FCV001 同时具有温度限制功能,当回水超限时,将回水温度控制在规定的范围
内。这样带来的效果是节约了能源,提高了负荷开发能力。
* 二次水的调节
二次网的供热量主要与循环流量和二次供水温度相关,首先计算出根据室外温度分区段的阶梯流量给定值,控制循环泵在各区段内恒速。为此建立一个综合函数F( t , f , p) ,根据室外温度、一次供水温度、一次回水温度、一次供水压力、一次回水压力、二次供水温度、二次回水温度等参数计算二次水温给定值和二次水循环泵阶梯恒速。
在一个室外温度区段内,基于二次水恒流控制,采用Smart-PID 调节模块调节一次水流量,以控制二次水温,达到控制二次网的供热量。因此,在一个室外温度区段内对循环泵进行恒速控制,实现恒定的循环流量,如图3 -1 所示。
图3 -1 LCM控制框图
变频泵接收回水压力PT201 的压力信号,与设定的压力值比较计算,控制变频泵的转速,以控制二次水达到恒压的目的。同时将变频泵的瞬时流量或转速FI信号以及故障报警UA信号送入控制器
LCM,供显示和故障处理。
控制电动阀NC -201、NC -301、NC -401 的开度,以控制进入热力器组的一次水流量,达到控制二次水温度。有3 种控制模式供选择使用:
A. 控制器根据室内设计温度tn 、设计二次供水温度tg 、设计二次回水温度th 、冬季室外计算温度tw 、冬季室外平均温度t′w 进行多参量计算出V301、V401、V501 开度给定值,同时对3
个调节阀进行调节,以控制进入热力器组的一次水流量,达到调节二次水温的目标。
B. 根据固定的温度设定点对NC -201、NC -301、NC -401 开度进行控制,以完成温度控
制。
C. 根据供、回水温度曲线对NC -201、NC -301、NC -401 开度进行控制,以完成温度控
制。
4 信息管理系统及地理系统
本系统还配备地理管理系统GIS ,实现了对矢量地理信息的管理,也实现了对用户数据的管理。系统管理分两部分:其一、矢量地理信息。由市区供热管网档案图组成并矢量化,包括点、线段、区面,如热力小室、节点、热力站、热网干线、对线、供热小区等,用户对上述矢量信息可以在屏幕上进行漫游、缩放等操作。其二、供热数据信息。包括对热网工程数据、纵断图、小室图、工艺系统图、各种材料表、运行数据等,以图形、文档数据库形式存在,与地理信息实现挂接。对热网进行计算机管理(包括管线的铺设、各供热网站的庭院平面图、设备表、材料表等) 。供热系统中热网信息档案管理、设备管理的地理信息系统为资产管理和供热系统运行工况分析及技术改造提供了基础数据。
5 结束语
苇湖梁热网微机监控系统已投运了一个采暖期,运行良好,供热质量较为理想。该调度监控系统的成功运行,对于电厂扩建热网的技术改造,提高发电经济性和改善城市环境污染状况有一定的现实意义。
作者： 蒋 峰（1965，男，高级工程师；主管热网自动化技术）1 ,袁 军1 ,阳建宇2
(1. 乌鲁木齐热力总公司,乌鲁木齐830002; 2. 西仪天正自控工程有限公司,西安710068)